緊鄰既有管線100.4m高鋼筋混凝土煙囪定向爆破拆除

陳飛權　汪澤　劉桐

摘要：某廠區(qū)內(nèi)100.4m高鋼筋混凝土煙囪需要快速拆除，其四周緊鄰使用中的管線廊架，最近處僅2.3m。綜合分析環(huán)境條件、煙囪本體結構特點、工期等因素，以“技術可行、安全可控”為原則，確定采用定向爆破拆除方案。采用正梯形爆破切口確保倒塌精準度，科學設計導（定）向窗與爆破參數(shù)確保切口順利形成，利用主動+被動防護層、減震溝、緩沖堤等措施有效控制爆破拆除帶來的危害效應，最終安全高效地取得爆破預期效果，可為同類工程提供參考。

Abstract： The 100.4m high reinforced concrete chimney in a factory area needs to be demolished quickly. It is surrounded by the pipelines in use and the nearest distance is only 2.3m. Based on the principle of "technically feasible， security controllable"， the directional blasting demolition scheme is determined by comprehensive analysis of environmental conditions， structural characteristics of chimney body and time limit for a project. The positive trapezium blasting incision is used to ensure the precision of collapse direction. The directional windows and blasting parameters are designed scientifically to ensure the the incision smoothly developed. The harmful effects caused by blasting demolition are effectively controlled by active & passive protective layers， shock absorption ditches and buffer dykes. Finally， the expected blasting effect is achieved safely and efficiently， which can provide references for similar projects.

關鍵詞：緊鄰既有管線;鋼筋混凝土煙囪;定向拆除爆破;爆破安全控制

Key words： adjacent to existing pipelines;reinforced concrete chimney;directional demolition blasting;blasting safety control

中圖分類號：TU746.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0271-03

1? 工程概況

1.1 煙囪結構? 由于某廠區(qū)用地規(guī)劃產(chǎn)生變更，一座結構完好的鋼筋混凝土煙囪需要爆破拆除。待拆除煙囪高100.4m，筒體為混凝土整體澆筑，內(nèi)外雙層布筋。煙囪底部筒體外直徑7.8m，內(nèi)襯厚10cm，耐火磚厚24cm，外壁厚30cm。煙囪東側+4.8m處有一煙道，斷面為圓形;西側+3.5m處有出灰口，寬2.0m高2.5m，斷面為矩形;南側+0.5m處有一出入口，寬1.0m高1.0m，斷面為矩形。煙囪爆破拆除鋼筋混凝土約500m3，耐火磚及內(nèi)襯約100m3。

1.2 周邊環(huán)境? 待拆除煙囪位于廠區(qū)內(nèi)部，東側2.3m、南側14m、北側40m處和西側150m處均為管線廊架;四周管線廊架外側為廠區(qū)道路，最近距煙囪南側20m;西南側120m處為氮氣和一氧化碳氣體儲氣罐。煙囪周邊的管線廊架距地面高度4.3m，內(nèi)有正在使用中的一條氮氣管線、兩條壓風管、兩條暖氣線和動力電纜。煙囪爆破環(huán)境十分復雜，周圍環(huán)境如圖1所示。

2? 爆破總體方案

2.1 工程特點? ①煙囪四周的管線廊架在爆破施工及實施期間，不允許斷電斷氣影響廠區(qū)生產(chǎn)，因此要確保煙囪倒塌方向的準確度，并且避免出現(xiàn)前沖與后座情況;

②煙囪為結構條件較好的高大鋼筋混凝土結構，自身高100.4m，需要嚴格控制其爆破及傾倒過程中產(chǎn)生的諸如飛石、爆破與塌落振動等危害效應，保證周邊環(huán)境安全。

2.2 爆破方案分析

采用爆破的方法對煙囪進行拆除，主要是通過炸藥將局部部位破壞，進而利用其自重形成失穩(wěn)傾倒或塌落，通常采用如下三種方法[1]：

①原地倒塌：對煙囪底部足夠大的部分進行爆破，在重心下移過程中借助本體結構與地面的沖擊作用使其不斷解體直至全部塌落完畢。原地倒塌法雖然對于場地要求不高，可以用于很多周邊環(huán)境極其復雜的高聳建構筑物，然而局限性也很強，只適用于材質強度低、整體結構性強度較弱的拆除對象（如磚結構煙囪）。

②折疊式倒塌：分為單向折疊和雙向交替折疊兩種方式，是依據(jù)周邊場地情況，除了在底部炸開缺口外，在中部適宜的位置再炸開一個或幾個缺口，使其分為兩段或幾段同向或不同向折疊倒塌。該方法往往適用于周邊安全倒塌空間不足的煙囪，但是影響因素多，技術難度大，易帶來安全隱患。

③定向倒塌：是指在煙囪傾倒方向的底部通過爆破形成缺口，破壞其穩(wěn)定性，利用重心位移實現(xiàn)按預定方向倒塌。這種方法對場地具有較高要求，場地安全水平距離一般不小于倒塌高度的1.0～1.2倍。

經(jīng)實地踏勘，該煙囪整體質量好，不適用于原地倒塌方案;南、北、東側三向距離保護對象都很近，西側150m范圍經(jīng)過前期拆遷具備安全倒塌空間，同時煙道與出灰口的位置呈東西對稱，可以避免其受力弱面對倒塌方向產(chǎn)生影響，為了確保技術可行、安全可控，最終確定正西方向定向倒塌為最佳方案。

3? 爆破拆除設計

3.1 爆破切口

爆破切口是高聳筒型構筑物拆除爆破技術中的關鍵，其形狀、位置、規(guī)格等參數(shù)對于拆除對象能否順利倒塌、倒塌方向是否準確、是否出現(xiàn)后坐等情況具有決定性影響[2]。

切口形狀可以設置為矩形、正（倒）梯形、兩翼正（反）斜形等，應用普遍且成熟的主要是矩形和正（倒）梯形[3]。結合以往經(jīng)驗可知：矩形切口施工最為簡便，但是切口形成后，應力集中部位多，倒塌方向不易控制;正梯形切口有利于控制倒塌方向;倒梯形切口煙囪后坐效應相對較小?？紤]到周邊環(huán)境情況，為了確保使用中管線的安全，嚴格控制倒塌方向的準確度，提高施工效率，爆破切口形狀最終采用為正梯形，布置在距地面以上+0.5m處。如圖2所示。

切口長度：

切口高度：

鋼筋混凝土煙囪一般切口高度取H=（5～10）δ，此處取壁厚的8倍即H=2.4m。

3.2 預處理

①為了精準控制煙囪倒塌方向，在爆破切口正中間設置導向窗（寬2m×高2.4m），將正梯形切口兩側設置為三角形定向窗（角度約45°，底邊長2.5m）。采用人工手風槍集中鉆鑿若干通孔，然后用風鎬開鑿到位。如圖2所示。

②由于煙囪筒體由外壁、耐火磚和內(nèi)襯構成，材質各不相同且每層之間存在夾層與空隙，為了利于爆破時切口的形成，提前將切口范圍內(nèi)的耐火磚和內(nèi)襯層進行人工剝離。

③將煙囪避雷針及其連體接地鋼筋提前拆除，防止其在倒塌過程中對倒塌筒體的牽拉效應。

④爆破前需要把煙囪內(nèi)部殘留的煤灰、粉塵等清理干凈，防止起爆時引爆，排除不利影響與安全隱患。

3.3 爆破參數(shù)

通過參考《爆破手冊》計算方法以及類似工程經(jīng)驗，爆破參數(shù)設計如表1。

爆破切口共布置9排炮孔，總孔數(shù)為234個，總起爆藥量為23.4kg。

3.4 爆破網(wǎng)路

考慮到周邊環(huán)境十分復雜，為減少爆破振動的影響，采用非電導爆管雷管起爆系統(tǒng)，分2段對稱起爆，即孔內(nèi)裝Ms2和Ms3段導爆管雷管對稱布置在導向窗中心線兩側，最后用四通連接成閉合復式網(wǎng)路一次同時起爆。（圖3）

4? 爆破安全控制

4.1 爆破振動校核

本次爆破最近主要保護對象是煙囪東側2.3m處的管線廊架，一次齊爆的最大藥量根據(jù)環(huán)境的具體要求采用采用薩氏公式確定[4]：

式中：QMAX為一次齊爆的最大藥量，14.4kg;v為被保護目標的安全震動速度（cm/s）; k為與裝藥形式有關的系數(shù)，本次控制爆破取k=50;k′為爆破拆除折算系數(shù)（0.25～1.0），此處取0.25;α為與地質有關的爆破震動衰減系數(shù)，取1.3;R為爆破中心至保護目標的距離，取10.1 m。計算其爆破震速為v=1.96 cm/s，管線廊架底座為鋼筋混凝土澆注結構，故符合《爆破安全規(guī)程》中安全允許振速標準。

4.2 觸地振動校核

煙囪塌落振動引起的地面質點振動速度，按照下式計算[5]：

式中：Vt為塌落引起的地面振動速度，cm/s;M為下落結構物的質量，落地質量計算為2200t;g為重力加速度，g=9.8m/s2;H為結構物中心所在位置高度，取38m;R為觀測點至沖擊地面中心的距離;δ為地面介質破壞強度，取30MPa;Kt、β分別為塌落振動速度衰減系數(shù)和指數(shù)，在地面采取減震溝、壘筑土墻減震措施時，Kt取1/3×4.09=1.36、β取-1.80，計算結果如表2。

4.3 爆破飛石校核

控制爆破個別飛石最大飛散距離，按《工程爆破實用手冊》中的經(jīng)驗公式計算[6]：L=70k0.53

式中：L為無覆蓋條件下拆除爆破飛石飛散距離，m;k為拆除爆破的單位炸藥消耗量，取k=3.7kg/m3，根據(jù)上式計算得無覆蓋條件下爆破飛石飛散距離為L=140m。

4.4 安全防護

4.4.1 飛石防護措施

采用草簾、安全網(wǎng)、毛竹片交錯兩層對爆區(qū)進行嚴密包裹，并用數(shù)道鐵絲扎牢形成近體覆蓋防護;對于東側管線廊架等距離很近的重點保護對象，采取鋼管架+毛竹片+木板搭設的整體防護排架形成被動防護。

4.4.2 減振措施

在煙囪的倒塌方向上設置了5道緩沖堤和1道防沖堤，分別設置在位于煙囪20m、40m、60m、80m、100m處，緩沖堤和防沖堤用沙袋壘墊高3.5m寬5.0m;在東側管線廊架5m處開挖了一條長80m深2m寬2m的減震溝。通過以上措施可有效降低塌落振動及煙囪倒塌后對水泥地面的沖擊破壞，并能有效減少觸地飛濺物。

5? 爆破效果

煙囪起爆約1.6s后，煙囪逐漸加速向設計倒塌中心線方向傾倒，約16s后全部塌落至地面，無后坐、前沖效應出現(xiàn)。倒塌煙囪上部80m在自重沖量作用下解體破碎充分，下部未解體部分筒體顯著變形、裂隙明顯，利于后續(xù)清理。經(jīng)第三方檢測，爆破及塌落過程未對周邊管線廊架安全，爆破達到了預期效果。

參考文獻：

[1]汪旭光，鄭炳旭，張正忠.爆破手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2]金驥良，顧毅成，史雅語.拆除爆破設計與施工[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3]郭進平，聶興信.新編爆破工程實用技術大全[M].光明日報出版，2002.

[4]中華人民共和國國家標準.GB6722-2003，爆破安全規(guī)程[S].北京：中國標準出版社，2004.

[5]周家漢.爆破拆除塌落振動速度計算公式的討論[J].工程爆破，2009，15（1）：1-4.

[6]劉殿中，楊仕春.工程爆破實用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.